摘  要： 介紹了基于DSP實現(xiàn)RFID超高頻(UHF)射頻識別系統(tǒng)的方法,，該系統(tǒng)采用TMS320F2812 DSP作為主控芯片，AS3991作為無線收發(fā)模塊,，基于EPC GEN2協(xié)議實現(xiàn)RFID讀寫器對標簽的識別,、讀寫等操作。DSP的使用簡化了射頻系統(tǒng)的復雜度,，使得該系統(tǒng)具有低成本,、通信穩(wěn)定、操作簡單等優(yōu)點，應用前景十分廣闊,，對RFID 的推廣具有一定的指導意義,。
關鍵詞： DSP；RFID,；標簽,；EPC；GEN2

    射頻識別RFID（Radio Frequency Identification）是一種非接觸的自動標識技術,，它利用射頻信號和空間耦合來實現(xiàn)對物體的自動識別,。與其他的識別方式相比，射頻識別技術能對移動的多個目標識別,，特別是隨著物聯(lián)網的提出,，RFID技術的優(yōu)勢更加突顯，其應用領域更加廣泛,。例如,，RFID標簽中有足夠的存儲空間，可以存放物品的有用信息,，能夠真正實現(xiàn)讓物品“開口說話”[1,，2]。
    本文利用TI公司TMS320F2812 DSP 處理器作為主控芯片,，設計實現(xiàn)了一套基于EPC GEN2協(xié)議標準的射頻識別系統(tǒng),，通過USB與上位機通信。
1 RFID系統(tǒng)原理
    一個典型的RFID系統(tǒng)是由讀寫器,、標簽和天線等組成,。讀寫器用來讀寫標簽上的數(shù)據(jù)，標簽是存儲數(shù)據(jù)的記憶芯片,，天線則用來傳輸讀寫器和標簽之間的射頻信號。讀寫器首先從上位機得到指令,，然后對指令進行編碼調制并通過天線發(fā)送出去,，處在讀寫器工作范圍內的標簽接收命令并通過改變能量強度發(fā)射響應信號，讀寫器通過天線接收響應信號并對其解調解碼后傳輸?shù)缴衔粰C做進一步處理,。
    EPC GEN2標準定義了UHF射頻識別系統(tǒng)的通信協(xié)議,，其工作頻率范圍為860 MHz～960 MHz，采用ITF通信方式,，包括物理層和標簽識別層兩部分,。
    閱讀器發(fā)往標簽的信息可以采用雙邊帶幅度鍵控（DSB-ASK）、單邊帶幅度鍵控（SSB-ASK）或者反向相位幅度鍵控（PR-ASK）的方法進行調制載波,，數(shù)據(jù)編碼方式采用脈沖間隔編碼（PIE）,。標簽從其未調制波中獲取工作能量，要發(fā)送的信息通過反向散射調制載波的相位或者幅度，編碼方式采用雙向間隔碼（FM0）編碼或者Miller調制副載波,。閱讀器和標簽之間的通信是半雙工的,，閱讀器可以通過發(fā)送選擇（Select）、盤存（Inventory）和訪問（Access）命令來對標簽進行讀寫等操作[3],。
    本系統(tǒng)通過主控芯片來發(fā)送命令/數(shù)據(jù)和接收處理過的數(shù)據(jù),，射頻模塊完成協(xié)議的操作和數(shù)據(jù)的編、解碼,，并通過主控芯片USB與上位機進行數(shù)據(jù)交互,。
2 RFID硬件設計
2.1 主控芯片
    本系統(tǒng)的主控芯片使用TI公司TMS320F2812。該DSP芯片采用高性能靜態(tài)CMOS技術,，具有低功耗,、高速度的特點。其內核依靠1.8 V供電,，I/O口則是3.3 V供電,，主頻高達150 MHz，單指令周期僅為6.67 ns,。另外該芯片還提供了SPI接口,，并支持JTAG邊界掃描，方便了代碼的開發(fā)[4],。芯片的高速運算能力和短指令周期,，保證了信息不會丟失，且有效減少了干擾信號,，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性,。
    本系統(tǒng)采用SPI串行口與射頻模塊進行通信，F(xiàn)2812中SPI接口還支持一個16級的發(fā)送接收FIFO,，從而保證了信息的可靠,，減少了CPU的損耗，如圖1所示,。

2.2 電源模塊
    采用TI公司的TPS767D318作為電壓的轉換芯片,，可同時為DSP提供1.8 V和3.3 V電壓，滿足內核和I/O口的供電要求,。
2.3 射頻模塊
    射頻模塊采用的是奧地利微系統(tǒng)公司研制的用于超高頻RFID讀寫器的專用芯片AS3991,，其封裝形式為64腳QFN，原理如圖2所示,。該芯片具有集成度高的特點,，芯片內集成了接收電路、發(fā)送電路,、協(xié)議處理單元,、連接MCU的并行接口或者SPI串行接口等。支持兩種工作模式——完全支持EPC GEN2協(xié)議和兼容IS0 18000-6A/B協(xié)議[5]。本系統(tǒng)采用的是EPC GEN2協(xié)議,。

    需要發(fā)送給RFID的命令和數(shù)據(jù)信號經編碼,、調制、射頻放大后輸出到天線,。由天線接收到的RFID響應信號送到芯片輸入端,，經由IQ MIXER得到兩路的中頻信號IQ，再由增益,、濾波,、數(shù)字化轉換就得到了相應的數(shù)據(jù)信號，之后由芯片的協(xié)議處理模塊進行解碼,、CRC校驗后存入FIFO中,，此時再由DSP根據(jù)SPI協(xié)議讀取數(shù)據(jù)。
3 RFID軟件設計
3.1 防碰撞算法
    本系統(tǒng)所采用的防碰撞算法是EPC GEN2協(xié)議的概率分槽防碰撞算法,。根據(jù)EPC GEN2協(xié)議,，算法流程如圖3所示。

    讀寫器開始一個查詢周期,，向標簽群發(fā)送一個Query()命令,，在這個命令中有一個參數(shù)Q，當處在讀寫器的工作區(qū)內時,，標簽會產生一個0~2Q-1之間的隨機數(shù),，并將此隨機數(shù)放入槽計數(shù)器中。當處在工作區(qū)中的標簽的隨機數(shù)為0時,，返回RN16給讀寫器,，進行應答；當有多個標簽發(fā)送RN16時,，發(fā)生沖突,，可以在下一輪的搜索中通過命令QueryAdjust()進行Q值調節(jié)，重新進行搜索,；當沒有標簽應答時,，可以發(fā)送QueryRep()命令將槽計數(shù)器中的值減一，直至有標簽應答出現(xiàn),。
3.2 讀標簽
    讀標簽操作可以分為單標簽和多標簽讀操作，由于單標簽讀操作是多標簽讀操作的特例,，本文只介紹多標簽讀操作,。首先使用函數(shù)GEN2SelectTag()確定標簽群，再使用GEN2QueryStandard()命令對標簽開始盤存周期,，然后使用QueryRep()和ACK()命令對選定標簽群中標簽逐個識別,，并對正確識別的標簽序列號進行存儲，需要進行2Q-1次才能識別所有標簽。如果發(fā)生沖突則需要重新設置Q值,，然后重復上述操作,。
3.3 標簽的寫操作
    讀寫器首先通過GEN2SelectTag()和GEN2QueryStandard()命令確定一個唯一的標簽，然后判斷是否進行了加密,，如果沒有,，則直接進行寫操作；否則,，讀寫器需要發(fā)送Access()和Req_RN(16)命令來判斷對標簽是否具有寫操作的權限,。工作流程如圖4所示。

    本文利用TMS320F2812 DSP和AS3991設計了一個RFID超高頻系統(tǒng),，成功實現(xiàn)了對EPC GEN2電子標簽的讀寫操作,，并且可以通過USB與上位機實現(xiàn)通信。多標簽讀取時抗干擾性良好,。本系統(tǒng)操作簡單,、傳輸可靠、應用方便,，對RFID的推廣有重要意義,。
參考文獻
[1] 物聯(lián)網關鍵技術[EB/OL].[2010-7-5].http：//www.yzkx.org/reada.asp?id=2966.
[2] 什么是RFID[EB/OL].[2009-9-17].http：//finance.ifeng.com/stock/special/wlbk/gmxx/20090917/1250660.shtml.
[3] EPCTM Radio-Frequency Identity Protocols Class-1 Generation-2 UHF RFID Protocol for Communications at 860 MHz～ 960 MHz.Version 1.1.O.2005.
[4] 孫麗明.TMS320F2812原理及其C語言程序開發(fā)[M].北京:清華大學出版社，2008.
[5] Austria Micro Systems.AS3990/AS3991 UHF RFID Single Chip Reader EPC ClasslGen2 Compatible.Datasheet.  ReviSion 1.4[S].2010.